​數控機床的自動換刀裝置，你認識幾種（zhǒng）？

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數控機床為（wéi）了能在工件一次裝夾中完成多道加工（gōng）工序（xù），縮（suō）短（duǎn）輔助時間，減少多次安裝工件所（suǒ）引起的誤差（chà），必須帶有自動換刀裝置。自動（dòng）換刀裝置應當滿足換刀時間（jiān）短、刀具重（chóng）複定位精度高（gāo）、刀具（jù）儲存量足夠、刀庫占地麵（miàn）積小以及安全（quán）可靠等基（jī）本要求。

一、自動換刀裝置的形式

1．回轉刀架（jià）換刀

回（huí）轉刀架是一種最簡單的自（zì）動換刀裝置，常用於數控車床。可以設計成四方刀架、六（liù）角刀架或圓盤式軸向裝刀刀架等多種形（xíng）式。回轉刀架上分別安裝著四把、六把或更多（duō）的刀具，並（bìng）按數控裝置的指令換刀。

回轉刀架（jià）在結構上（shàng）必須具有良好的強度和剛（gāng）度，以承受粗加工時的切（qiē）削抗力。由於車削加工精度在很大程度（dù）上取決於刀尖（jiān）位置，對於數控車床來說（shuō），加工（gōng）過程中刀具位置不進行人工調整，因此更有必要選擇可靠的定位方案和合理的定位結構，以保證回轉刀架在每次轉（zhuǎn）位之後，具有盡可能高的重複定位精度（dù）（一般為0.001～0.005mm）。

一般情況下，回轉刀（dāo）架（jià）的換刀動作包括刀架抬起、刀架轉位及刀架壓緊等。

2．更換主軸頭換刀（刀具旋轉（zhuǎn）為主運動）

更換主軸（zhóu）換刀是帶有旋轉刀具的（de）數（shù）控機床的一種比較簡單的換刀方式。這種（zhǒng）主（zhǔ）軸頭實際上就（jiù）

是一個轉塔刀庫。

主軸頭有臥式和立式兩種，通常用轉塔的轉位來更換主軸（zhóu）頭，以實（shí）現（xiàn）自動換刀。在轉塔的各個（gè）主軸上，預先安裝有各工序所需要的旋轉（zhuǎn）刀具，當發出換刀指令（lìng）時（shí），各主軸頭依次地轉到加工位（wèi）置，並接通主運動，使相應的主軸帶動刀具旋轉。而其它處（chù）於不加工位置（zhì）上的（de）主軸（zhóu）都（dōu）與主運動（dòng）脫開。

這種更換主軸換刀裝置（zhì），省去了自動鬆（sōng）、夾、卸（xiè）刀、裝刀以及刀具搬運等一係列的複雜操作，從而縮短了換刀時間，並提高（gāo）了（le）換刀的可靠性。但是由於空間位置的限製，使主軸部件結構尺寸不能太大（dà），因而影響了（le）主軸係統的（de）剛（gāng）性。為了保證主軸的剛性，必須（xū）限製主軸的數目，否則會使結構尺寸增大（dà）。因此，轉塔主（zhǔ）軸頭（tóu）通常隻適用於（yú）工序較少、精度要求不（bú）太高（gāo）的機床，例如數控鑽、銑床等。

3.帶（dài）刀庫（kù）的自動換刀係統

由於回轉刀架、轉塔頭式換刀裝置容納的刀具數量不能太多，不能滿足複雜零件的加工需要，因此，自動換刀數控機床（chuáng）多采用帶刀庫的自動換（huàn）刀裝置。帶刀庫（kù）的自動換刀裝置由刀庫和換刀機構組成，換刀過程較為複雜。首先要把加工過程中（zhōng）使（shǐ）用的全部（bù）刀（dāo）具分別安裝（zhuāng）在標準（zhǔn）刀柄上，在機外進行尺寸預調整後，按一定的方（fāng）式放入刀庫。換刀時，先在刀庫中（zhōng）選刀，再由換刀裝置從刀庫或主軸上取出刀具，進行交換（huàn），將新刀裝入主軸，舊刀放回刀庫。刀庫具有較大的容量，既可安（ān）裝在主軸箱的側麵或上方。由於帶刀庫的（de）自動換刀（dāo）裝（zhuāng）置的數（shù）控機床的主軸箱內隻有一根主（zhǔ）軸，主軸部件的剛度要高，以滿足精密加工要求（qiú）。

另外，刀庫內刀具（jù）數（shù）量較大，因而能夠進行複雜零件的（de）多工（gōng）序加工，大大提高了機（jī）床的適應性（xìng）和加工效（xiào）率。帶刀庫的自動換刀係統適用於數控（kòng）鑽削中心和（hé）加工中心。

二、刀庫和刀具的選（xuǎn）擇（zé）方式

1.刀庫類型

刀庫（kù）的作用是儲備一定數量的刀具，通過機械手實現與主軸上刀具的互換。刀庫的（de）類型有盤式刀庫、鏈式刀庫等多種形（xíng）式，刀庫的形式和容量要（yào）根據機床的工藝範圍來確定。圖7-16所示的盤式刀庫，刀具的方向與主軸同向，換刀時主軸箱上升到一定的位置，使主軸（zhóu）上的刀具（jù）正好對準刀庫最下麵的那個位置，刀具被夾住，主軸在CNC的控製下（xià），鬆開刀柄（bǐng），盤式刀庫向前運動，拔出主（zhǔ）軸上的刀具，然後刀庫（kù）將（jiāng）下一個工（gōng）序所用的刀具旋轉至與主軸對準的位置，刀庫後退將（jiāng）新刀具插入主軸孔中，主軸夾緊刀柄，主軸箱下降（jiàng）到工作位置，完成（chéng）換刀任務，進行下道工序的加工。此換刀（dāo）裝置的優點是結構簡單，成本較低，換刀可靠性較好；缺點是換刀時間長，適用於刀庫容量較小的加（jiā）工中（zhōng）心。

對於刀（dāo）庫容量需（xū）要較大（dà）的加工中心可采用鏈式刀庫（圖7-17），鏈式刀庫的結構緊湊，刀庫容量較大，鏈環的形狀可根據機（jī）床的布局製成各種形狀，也可將換刀位突出以便於換刀。當需要增加（jiā）刀具數（shù）量（liàng）時，隻需增加鏈條的長（zhǎng）度即可，給刀（dāo）庫（kù）設計與製造帶來了方便。

2. 刀具的選擇（zé）方式

一般的刀（dāo）庫內存放有多（duō）把刀具，每次換刀前要進行（háng）選刀，常用的選刀方法有順序選刀和任意 選刀兩種，順序選刀是在加工之前，將加工零件所需刀具（jù）按照工藝要求依（yī）次（cì）插（chā）入刀庫的刀套中，加工是按順序調刀，加工（gōng）不同的工件（jiàn）時必須重新調整刀庫中的刀（dāo）具順序。其優點是刀庫的驅動和（hé）控製都比較簡單。因此，這種方式適合（hé）加工批量較（jiào）大、工件品種數量較少的中、小型數控機床的自動換（huàn）刀。

隨著數控係統的發展，目前大多數的數控係統都采用任意選刀的方式，其（qí）分（fèn）為刀套編碼、刀具編碼和記憶式等三種。

3. 刀（dāo）具編碼方式（shì）

刀（dāo）具編碼或刀套編碼需要在刀具或刀套上（shàng）安裝用於識別的編碼條，一般都（dōu）是根據二進製編碼的原理進行編碼（mǎ）。刀具編碼選刀方式（shì）采用（yòng）了一種特殊的刀柄（bǐng）結構，並對每把刀具編碼。每（měi）把刀具都具有（yǒu）自（zì）己的代碼，因而刀具可在不同的工序中多次重複使用，換下的刀具不（bú）用放回原刀座，刀庫的容（róng）量（liàng）也可相應減少。但（dàn）每把刀（dāo）具上都帶有專用（yòng）的編碼環，刀具長（zhǎng）度加長，製造（zào）困難，刀庫和機械手（shǒu）的（de）結構變複雜。刀套編碼的方式是一把（bǎ）刀具隻對應（yīng）一個刀套，從一個刀套中取（qǔ）出的刀具必須放回（huí）同一刀套（tào）中，取送刀具十分麻煩（fán），換刀時間長。目前在加工中心上大量使用（yòng）記憶式的方式。這種方式能將（jiāng）刀具號和（hé）刀（dāo）庫中（zhōng）的（de）刀套位置對應（yīng）地記憶在數控係（xì）統的PLC中，無論（lùn）刀具放在哪個刀套內，刀（dāo）具信息（xī）都始終記存在（zài）PLC內。刀庫上（shàng）裝有位置檢測裝（zhuāng）置，可獲得每個刀套的位置信息（xī）。這樣刀具就可以（yǐ）任意取（qǔ）出並送回。刀庫上還設有機械原點，使每次選刀時就近選取。

三、刀具交換裝置

數控機床的自（zì）動換刀裝置中，實現刀庫與機床主軸之間傳（chuán）遞和裝卸刀具的裝置稱為刀具交換裝置。刀具的交換方式有兩種：由刀庫與機床（chuáng）主軸的相對運動實現刀（dāo）具交換以及采用機械手交（jiāo）換（huàn）刀具。利用刀（dāo）庫與機床主軸的相對運動實現刀具交換的裝置在換刀時（shí）必（bì）須首先將用過的刀（dāo）具送回刀（dāo）庫，然後（hòu）再從刀庫中（zhōng）取出新刀具，兩個動作不能同時進行，換刀時（shí）間較長。而采用機械手換刀裝置在換刀時能（néng）夠同時抓取和（hé）裝卸機床（chuáng）主軸和刀庫中的刀具，因此換刀時間進一（yī）步縮短。采用機（jī）械手進行刀具交換的方（fāng）式應用（yòng）最廣泛。這（zhè）是因為機械手換刀靈活，動作快，而且結構簡單。機械手能夠完成抓刀（dāo）—拔刀—回轉—插刀—返回等一係列（liè）動作（zuò）。為了防止刀具掉（diào）落，機械手的（de）活動爪都帶（dài）有自鎖機構（gòu）。